FR3121838A1 - Bionic prosthesis perceiving the environment - Google Patents
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Abstract
La présente invention vise une prothèse bionique (1) de membre inférieur ou supérieur, comprenant un segment distal prothétique autrement dit un pied prothétique (11) ou une main prothétique, adapté pour venir en contact avec un terrain (2) ou avec un objet à saisir ; un segment moyen prothétique, autrement dit un tibia prothétique (12) ou un avant-bras prothétique ; au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) dont l’un est relié mécaniquement d’une part au segment distal prothétique et d’autre part au segment moyen prothétique ; au moins une caméra de profondeur (15) adaptée pour générer un nuage de points tridimensionnel ; une unité de commande (14) configurée pour traiter le nuage de points tridimensionnel et contrôler ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) de sorte à adapter le positionnement du segment distal prothétique par rapport au terrain (2) ou à l’objet à saisir. Figure de l’abrégé : Figure 1The present invention relates to a bionic prosthesis (1) of the lower or upper limb, comprising a prosthetic distal segment, in other words a prosthetic foot (11) or a prosthetic hand, adapted to come into contact with ground (2) or with an object to be moved. to input ; a middle prosthetic segment, in other words a prosthetic tibia (12) or a prosthetic forearm; at least one motorized articulation device (13), one of which is mechanically connected on the one hand to the distal prosthetic segment and on the other hand to the middle prosthetic segment; at least one depth camera (15) adapted to generate a three-dimensional point cloud; a control unit (14) configured to process the three-dimensional point cloud and control said at least one motorized articulation device (13) so as to adapt the positioning of the prosthetic distal segment with respect to the terrain (2) or to the object to enter. Abstract Figure: Figure 1
Description
La présente invention concerne le domaine des prothèses bioniques destinées à des personnes amputées d’un membre. En particulier, la présente invention propose une prothèse bionique de membre inférieur ou supérieur percevant l’environnement et un procédé de commande de ladite prothèse bionique.The present invention relates to the field of bionic prostheses intended for people with amputated limbs. In particular, the present invention proposes a bionic lower or upper limb prosthesis perceiving the environment and a method for controlling said bionic prosthesis.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
Comme cela est connu, une prothèse permet de remplacer un membre d’un point de vue à la fois fonctionnel et esthétique. Dans le contexte d’une personne amputée du membre inférieur, il est souhaitable d’avoir une prothèse rendant la marche la plus naturelle possible et permettant à l’utilisateur de conserver son équilibre, notamment par exemple lors de la montée et de la descente d’un escalier, ou lors d’une marche arrière. De la même manière, dans le contexte d’une personne amputée du membre supérieur, il est souhaitable de faciliter la préhension d’objets, en prenant en compte notamment la forme et la nature de l’objet à saisir. A titre d’exemple, l’effort de serrage et la position de la prothèse optimaux diffèrent pour la préhension d’un verre et pour la préhension d’un fruit.As is known, a prosthesis can replace a limb from both a functional and aesthetic point of view. In the context of a person with a lower limb amputee, it is desirable to have a prosthesis that makes walking as natural as possible and allows the user to maintain his balance, in particular, for example, when climbing up and downhill. stairway, or when backing up. Similarly, in the context of an upper limb amputee, it is desirable to facilitate the grasping of objects, taking into account in particular the shape and nature of the object to be grasped. For example, the optimal clamping force and position of the prosthesis differ for gripping a glass and for gripping fruit.
En particulier, une prothèse bionique se distingue en ce qu’elle met en œuvre un procédé robotique qui, à partir de commandes, correspondant aux intentions de la personne amputée, enclenche un mouvement de la prothèse. Différentes catégories de prothèses bioniques sont documentées dans l’état de la technique, les plus répandues étant les prothèses myoélectriques, les prothèses hydrauliques, les prothèses neuro-électriques, et les prothèses électroniques.In particular, a bionic prosthesis is distinguished in that it implements a robotic process which, from commands, corresponding to the intentions of the amputee, triggers a movement of the prosthesis. Different categories of bionic prostheses are documented in the state of the art, the most widespread being myoelectric prostheses, hydraulic prostheses, neuroelectric prostheses, and electronic prostheses.
Comme cela est connu, les prothèses myoélectriques reposent sur l’activation musculaire. Des capteurs, notamment positionnés au niveau du moignon, détectent les contractions musculaires et envoient des signaux électriques afin de commander la prothèse. La prise en main par la personne amputée de cette prothèse nécessite de réaliser un grand travail de rééducation afin d’apprendre à contrôler les contractions musculaires de façon adaptée. Ainsi, l’utilisation d’une prothèse myoélectrique nécessite une parfaite maîtrise de la personne amputée pour pouvoir enclencher les mouvements avec une précision et une force adéquates. De plus, les mouvements possibles sont généralement limités.As is known, myoelectric prostheses rely on muscle activation. Sensors, particularly positioned at the stump, detect muscle contractions and send electrical signals to control the prosthesis. The handling by the amputee of this prosthesis requires a great deal of rehabilitation work in order to learn to control muscle contractions in an appropriate manner. Thus, the use of a myoelectric prosthesis requires perfect control of the amputee to be able to initiate the movements with adequate precision and force. In addition, the possible movements are generally limited.
Selon un autre exemple connu, les prothèses électroniques présentent des actions préprogrammées que la personne amputée peut activer notamment via une application mobile.According to another known example, electronic prostheses have pre-programmed actions that the amputee can activate in particular via a mobile application.
Par conséquent, selon les deux exemples précédents, le mouvement résulte d’une volonté et d’actions réfléchies de la part de la personne amputée. En plus de la difficulté à rendre possible une maîtrise précise des mouvements réalisés, un autre inconvénient réside dans la charge mentale que la maîtrise de ce type de prothèse implique pour l’utilisateur.Therefore, according to the two previous examples, the movement results from a deliberate will and actions on the part of the amputee. In addition to the difficulty of making precise control of the movements performed possible, another drawback lies in the mental load that mastering this type of prosthesis entails for the user.
Il existe par conséquent un besoin pour des prothèses bioniques permettant une mise en mouvement plus naturelle, notamment sans nécessiter un lourd apprentissage ou une charge mentale importante pour l’utilisateur.There is therefore a need for bionic prostheses allowing more natural movement, in particular without requiring heavy learning or a significant mental load for the user.
En outre, les prothèses bioniques peuvent comprendre des moyens de mesure de résistance afin d’adapter la commande du mouvement. Ainsi, les prothèses bioniques selon l’état de la technique sont principalement réactives, autrement dit elles présentent une conscience limitée de l’environnement extérieur. L’ensemble des mouvements possibles est limité en conséquence.In addition, the bionic prostheses may include resistance measurement means in order to adapt the control of the movement. Thus, the bionic prostheses according to the state of the art are mainly reactive, in other words they have a limited awareness of the external environment. The set of possible moves is limited accordingly.
Par conséquent, il existe un besoin pour une prothèse bionique présentant une autonomie et une précision améliorées, notamment une prothèse bionique percevant l’environnement de façon autonome.Therefore, there is a need for a bionic prosthesis with improved autonomy and accuracy, in particular a bionic prosthesis that perceives the environment autonomously.
PRESENTATION DE L’INVENTIONPRESENTATION OF THE INVENTION
Plus précisément, selon un aspect de l’invention, l’invention a pour objet une prothèse bionique de membre inférieur ou supérieur, comprenant :More specifically, according to one aspect of the invention, the subject of the invention is a bionic lower or upper limb prosthesis, comprising:
- un segment distal prothétique du membre inférieur ou supérieur, autrement dit un pied prothétique ou, respectivement, une main prothétique, à une extrémité libre de la prothèse bionique, adapté pour venir en contact avec un terrain ou, respectivement, avec un objet à saisir ;- a prosthetic distal segment of the lower or upper limb, in other words a prosthetic foot or, respectively, a prosthetic hand, at a free end of the bionic prosthesis, adapted to come into contact with a ground or, respectively, with an object to be grasped ;
- un segment moyen prothétique, autrement dit un tibia prothétique ou, respectivement, un avant-bras prothétique ;- a middle prosthetic segment, in other words a prosthetic tibia or, respectively, a prosthetic forearm;
- au moins un dispositif d’articulation motorisé, un premier dudit au moins un dispositif d’articulation motorisé étant relié mécaniquement d’une part au segment distal prothétique et d’autre part au segment moyen prothétique ;- at least one motorized articulation device, a first of said at least one motorized articulation device being mechanically connected on the one hand to the distal prosthetic segment and on the other hand to the middle prosthetic segment;
- une unité de commande configurée pour contrôler ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé à partir de signaux de commande correspondant à une intention de mouvement ;- a control unit configured to control said at least one motorized articulation device from control signals corresponding to a movement intention;
- au moins une caméra de profondeur adaptée pour générer un nuage de points tridimensionnel de l’environnement de la prothèse bionique, comprenant le terrain ou, respectivement, l’objet à saisir,- at least one depth camera suitable for generating a three-dimensional point cloud of the environment of the bionic prosthesis, including the terrain or, respectively, the object to be captured,
Alors, l’unité de commande est configurée pour traiter le nuage de points tridimensionnel afin de détecter le terrain ou, respectivement, l’objet à saisir, et pour commander ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé de sorte à adapter le positionnement du segment distal prothétique par rapport au terrain ou, respectivement, par rapport à l’objet à saisir. L’utilisation de caméras de profondeur permet d’offrir l’avantage considérable d’améliorer la perception de l’environnement extérieur et par conséquent d’améliorer la mise en mouvement de la prothèse bionique en venant supplémenter les perceptions sensorielles inconscientes de la personne amputée. La présente invention permet, par ailleurs, la mise-en-œuvre de dispositifs d’articulation motorisés présentant un nombre plus élevé de degrés de liberté, rendant la mise en mouvement de la prothèse bionique plus naturelle.Then, the control unit is configured to process the three-dimensional point cloud in order to detect the terrain or, respectively, the object to be grasped, and to control said at least one motorized articulation device so as to adapt the positioning of the prosthetic segment distal to the terrain or, respectively, to the object to be grasped. The use of depth cameras makes it possible to offer the considerable advantage of improving the perception of the external environment and consequently of improving the movement of the bionic prosthesis by supplementing the unconscious sensory perceptions of the amputee. . The present invention also allows the implementation of motorized joint devices having a higher number of degrees of freedom, making the movement of the bionic prosthesis more natural.
Avantageusement, la prothèse bionique selon l’invention comprend un système de capteurs myoélectriques configuré pour générer les signaux de commande correspondant à une intention de mouvement.Advantageously, the bionic prosthesis according to the invention comprises a system of myoelectric sensors configured to generate the control signals corresponding to a movement intention.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, la prothèse bionique forme une prothèse bionique de membre inférieur, comprenant un pied prothétique à une extrémité libre de la prothèse bionique, adapté pour venir en contact avec un terrain, un tibia prothétique, au moins un dispositif d’articulation motorisé, une unité de commande configurée pour contrôler ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé à partir de signaux de commande correspondant à une intention de mouvement, et au moins une caméra de profondeur adaptée pour générer un nuage de points tridimensionnel de l’environnement du pied prothétique comprenant le terrain. Un premier dudit au moins un dispositif d’articulation motorisé est relié mécaniquement d’une part au pied prothétique et d’autre part au tibia prothétique. De plus, l’unité de commande est configurée pour traiter le nuage de points tridimensionnel afin de détecter le terrain et pour commander ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé de sorte à adapter le positionnement du pied prothétique par rapport au terrain.According to a first embodiment of the invention, the bionic prosthesis forms a bionic lower limb prosthesis, comprising a prosthetic foot at a free end of the bionic prosthesis, adapted to come into contact with a ground, a prosthetic tibia, at least a motorized articulation device, a control unit configured to control said at least one motorized articulation device from command signals corresponding to a movement intention, and at least one depth camera adapted to generate a point cloud three-dimensional view of the environment of the prosthetic foot including the terrain. A first of said at least one motorized articulation device is mechanically connected on the one hand to the prosthetic foot and on the other hand to the prosthetic tibia. In addition, the control unit is configured to process the three-dimensional point cloud in order to detect the terrain and to control said at least one motorized articulation device so as to adapt the positioning of the prosthetic foot with respect to the terrain.
Avantageusement, ladite au moins une caméra de profondeur consiste en deux caméras de profondeur configurées de sorte à couvrir respectivement un champ avant et un champ arrière de l’environnement du pied prothétique.Advantageously, said at least one depth camera consists of two depth cameras configured so as to respectively cover a front field and a rear field of the environment of the prosthetic foot.
Avantageusement, le pied prothétique présentant un vecteur directionnel du pied orienté substantiellement dans une direction longitudinale du pied prothétique, la prothèse bionique de membre inférieur comprend un ensemble d’accéléromètres apte à mesurer le vecteur directionnel du pied.Advantageously, the prosthetic foot having a directional vector of the foot oriented substantially in a longitudinal direction of the prosthetic foot, the bionic lower limb prosthesis comprises a set of accelerometers able to measure the directional vector of the foot.
Selon un exemple de l’invention, la prothèse bionique de membre inférieur selon le premier mode de réalisation de l’invention comprend un fémur prothétique, ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé comprenant alors un deuxième dispositif d’articulation motorisé étant relié mécaniquement d’une part au tibia prothétique et d’autre part au fémur prothétique.According to an example of the invention, the bionic lower limb prosthesis according to the first embodiment of the invention comprises a prosthetic femur, said at least one motorized articulation device then comprising a second motorized articulation device being mechanically connected on the one hand to the prosthetic tibia and on the other hand to the prosthetic femur.
Selon un autre aspect de l’invention, l’invention concerne un procédé de commande de la prothèse bionique de membre inférieur ou supérieur selon l’invention, le procédé, faisant suite à une instruction correspondant à une intention de mouvement et comprenant :According to another aspect of the invention, the invention relates to a method for controlling the lower or upper limb bionic prosthesis according to the invention, the method, following an instruction corresponding to a movement intention and comprising:
- la mesure de l’état actuel de la prothèse bionique comprenant notamment la mesure de vecteurs directionnels du segment distal prothétique, du segment moyen prothétique, et le cas échéant du segment proximal prothétique ;- the measurement of the current state of the bionic prosthesis including in particular the measurement of directional vectors of the distal prosthetic segment, of the middle prosthetic segment, and if necessary of the proximal prosthetic segment;
- l’acquisition par ladite au moins une caméra de profondeur d’un nuage de points tridimensionnel de l’environnement de la prothèse bionique ;- the acquisition by said at least one depth camera of a cloud of three-dimensional points of the environment of the bionic prosthesis;
- le traitement du nuage de points tridimensionnel par l’unité de commande ;- the processing of the three-dimensional point cloud by the control unit;
- le calcul par l’unité de commande des mouvements à mettre en œuvre par ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé ;- the calculation by the control unit of the movements to be implemented by said at least one motorized articulation device;
- la mise en mouvement de la prothèse bionique.- setting the bionic prosthesis in motion.
Avantageusement, le procédé de commande d’une prothèse bionique de membre inférieur selon le premier mode de réalisation de l’invention, faisant suite à une instruction correspondant à une intention de mouvement, comprend :Advantageously, the method for controlling a lower limb bionic prosthesis according to the first embodiment of the invention, following an instruction corresponding to a movement intention, comprises:
- la mesure de l’état actuel de la prothèse bionique comprenant la mesure d’un vecteur directionnel du pied orienté substantiellement dans une direction longitudinale du pied prothétique ;- the measurement of the current state of the bionic prosthesis comprising the measurement of a directional vector of the foot oriented substantially in a longitudinal direction of the prosthetic foot;
- l’acquisition par ladite au moins une caméra de profondeur du nuage de points tridimensionnel de l’environnement de la prothèse bionique ;- the acquisition by said at least one depth camera of the cloud of three-dimensional points of the environment of the bionic prosthesis;
- le traitement du nuage de points tridimensionnel par l’unité de commande comprenant l’extraction d’un ensemble de points du nuage de points tridimensionnel correspondant au terrain et le calcul de la normale à une surface définie par ledit ensemble de points, désignée normale au terrain ;- the processing of the three-dimensional point cloud by the control unit comprising the extraction of a set of points from the three-dimensional point cloud corresponding to the terrain and the calculation of the normal to a surface defined by said set of points, designated normal on the ground ;
- le calcul par l’unité de commande des mouvements à mettre en œuvre par ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé de sorte que le vecteur directionnel du pied soit substantiellement perpendiculaire à la normale au terrain ;- the calculation by the control unit of the movements to be implemented by said at least one motorized articulation device so that the directional vector of the foot is substantially perpendicular to the normal to the ground;
- la mise en mouvement de la prothèse bionique.- setting the bionic prosthesis in motion.
Avantageusement, le procédé selon l’invention comprend une étape de reconstruction du nuage de points tridimensionnel comprenant l’assemblage d’une pluralité de nuages de points tridimensionnels correspondant à une succession de génération de nuages de points tridimensionnels par ladite au moins une caméra de profondeur, l’étape de reconstruction étant réalisée au préalable du calcul de la normale au terrain.Advantageously, the method according to the invention comprises a step of reconstructing the three-dimensional point cloud comprising the assembly of a plurality of three-dimensional point clouds corresponding to a succession of generation of three-dimensional point clouds by said at least one depth camera , the reconstruction step being carried out prior to the calculation of the normal to the terrain.
Avantageusement, la mesure du vecteur directionnel du pied est réalisée par un ensemble d’accéléromètres.Advantageously, the measurement of the directional vector of the foot is carried out by a set of accelerometers.
PRESENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :The invention will be better understood on reading the following description, given solely by way of example, and referring to the accompanying drawings given by way of non-limiting examples, in which identical references are given to similar objects. and on which:
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour permettre de mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.It should be noted that the figures expose the invention in detail to enable the invention to be implemented, said figures can of course be used to better define the invention if necessary.
Claims (9)
- un segment distal prothétique du membre inférieur ou supérieur, autrement dit un pied prothétique (11) ou, respectivement, une main prothétique, à une extrémité libre de la prothèse bionique (1), adapté pour venir en contact avec un terrain (2) ou, respectivement, avec un objet à saisir ;
- un segment moyen prothétique, autrement dit un tibia prothétique (12) ou, respectivement, un avant-bras prothétique ;
- au moins un dispositif d’articulation motorisé (13), un premier dudit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) étant relié mécaniquement d’une part au segment distal prothétique et d’autre part au segment moyen prothétique ;
- une unité de commande (14) configurée pour contrôler ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) à partir de signaux de commande (3) correspondant à une intention de mouvement ;
- a prosthetic distal segment of the lower or upper limb, in other words a prosthetic foot (11) or, respectively, a prosthetic hand, at a free end of the bionic prosthesis (1), adapted to come into contact with a ground (2) or , respectively, with an object to grab;
- a middle prosthetic segment, in other words a prosthetic tibia (12) or, respectively, a prosthetic forearm;
- at least one motorized articulation device (13), a first of said at least one motorized articulation device (13) being mechanically connected on the one hand to the distal prosthetic segment and on the other hand to the middle prosthetic segment;
- a control unit (14) configured to control said at least one motorized articulation device (13) from control signals (3) corresponding to a movement intention;
- un pied prothétique (11) à une extrémité libre de la prothèse bionique (1), adapté pour venir en contact avec un terrain (2) ;
- un tibia prothétique (12) ;
- au moins un dispositif d’articulation motorisé (13), un premier dudit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) étant relié mécaniquement d’une part au pied prothétique (11) et d’autre part au tibia prothétique (12) ;
- une unité de commande (14) configurée pour contrôler ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) à partir de signaux de commande (3) correspondant à une intention de mouvement ;
- a prosthetic foot (11) at a free end of the bionic prosthesis (1), adapted to come into contact with a ground (2);
- a prosthetic tibia (12);
- at least one motorized articulation device (13), a first of said at least one motorized articulation device (13) being mechanically connected on the one hand to the prosthetic foot (11) and on the other hand to the prosthetic tibia (12) ;
- a control unit (14) configured to control said at least one motorized articulation device (13) from control signals (3) corresponding to a movement intention;
- la mesure (E1) de l’état actuel (17) de la prothèse bionique (1) comprenant notamment la mesure de vecteurs directionnels du segment distal prothétique, du segment moyen prothétique, et le cas échéant du segment proximal prothétique par un ensemble d’accéléromètres ;
- l’acquisition (E2) par ladite au moins une caméra de profondeur (15) d’un nuage de points tridimensionnel (16) de l’environnement de la prothèse bionique (1);
- le traitement du nuage de points tridimensionnel (16) par l’unité de commande (14);
- le calcul (E5) par l’unité de commande (14) des mouvements à mettre en œuvre par ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) ;
- la mise en mouvement (E6) de la prothèse bionique (1).
- the measurement (E1) of the current state (17) of the bionic prosthesis (1) comprising in particular the measurement of directional vectors of the distal prosthetic segment, of the middle prosthetic segment, and where applicable of the proximal prosthetic segment by a set of accelerometers;
- the acquisition (E2) by said at least one depth camera (15) of a cloud of three-dimensional points (16) of the environment of the bionic prosthesis (1);
- processing the three-dimensional point cloud (16) by the control unit (14);
- the calculation (E5) by the control unit (14) of the movements to be implemented by said at least one motorized articulation device (13);
- setting in motion (E6) of the bionic prosthesis (1).
- la mesure (E1) de l’état actuel (17) de la prothèse bionique (1) comprenant la mesure d’un vecteur directionnel du pied (111) orienté substantiellement dans une direction longitudinale du pied prothétique (11) par un ensemble d’accéléromètres ;
- l’acquisition (E2) par ladite au moins une caméra de profondeur (15) du nuage de points tridimensionnel (16) de l’environnement de la prothèse bionique (1);
- le traitement du nuage de points tridimensionnel (16) par l’unité de commande (14) comprenant l’extraction (E32) d’un ensemble de points du nuage de points tridimensionnel (16) correspondant au terrain (2) et le calcul de la normale (E34) à une surface définie par ledit ensemble de points, désignée normale au terrain ;
- le calcul (E5) par l’unité de commande (14) des mouvements à mettre en œuvre par ledit au moins un dispositif d’articulation motorisé (13) de sorte que le vecteur directionnel du pied (111) soit substantiellement perpendiculaire à la normale au terrain ;
- la mise en mouvement (E6) de la prothèse bionique (1).
- the measurement (E1) of the current state (17) of the bionic prosthesis (1) comprising the measurement of a directional vector of the foot (111) oriented substantially in a longitudinal direction of the prosthetic foot (11) by a set of accelerometers;
- the acquisition (E2) by said at least one depth camera (15) of the cloud of three-dimensional points (16) of the environment of the bionic prosthesis (1);
- the processing of the three-dimensional point cloud (16) by the control unit (14) comprising the extraction (E32) of a set of points from the three-dimensional point cloud (16) corresponding to the terrain (2) and the calculation of the normal (E34) to a surface defined by said set of points, designated normal to the terrain;
- the calculation (E5) by the control unit (14) of the movements to be implemented by said at least one motorized articulation device (13) so that the directional vector of the foot (111) is substantially perpendicular to the normal on the ground ;
- setting in motion (E6) of the bionic prosthesis (1).
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140371871A1 (en) * | 2013-06-12 | 2014-12-18 | Georg-August-Universitaet Goettingen Stiffung Oeffentlichen Rechts, Universitaetsmedizin | Control of limb device |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140371871A1 (en) * | 2013-06-12 | 2014-12-18 | Georg-August-Universitaet Goettingen Stiffung Oeffentlichen Rechts, Universitaetsmedizin | Control of limb device |
| US10624766B2 (en) * | 2015-05-18 | 2020-04-21 | Inventus Engineering Gmbh | Prosthetic or exoskeleton component, prosthesis or exoskeleton, and method |
| US20190307583A1 (en) * | 2016-11-08 | 2019-10-10 | Massachusetts Institute Of Technology | Kinetic Sensing, Signal Generation, Feature Extraction, And Pattern Recognition For Control Of Autonomous Wearable Leg Devices |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| MOUCHOUX JEREMY ET AL: "Artificial Perception and Semiautonomous Control in Myoelectric Hand Prostheses Increases Performance and Decreases Effort", IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 37, no. 4, 1 March 2021 (2021-03-01), pages 1298 - 1312, XP011870783, ISSN: 1552-3098, [retrieved on 20210804], DOI: 10.1109/TRO.2020.3047013 * |
| ZHANG KUANGEN ET AL: "A Subvision System for Enhancing the Environmental Adaptability of the Powered Transfemoral Prosthesis", IEEE TRANSACTIONS ON CYBERNETICS, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, vol. 51, no. 6, 19 March 2020 (2020-03-19), pages 3285 - 3297, XP011854987, ISSN: 2168-2267, [retrieved on 20210517], DOI: 10.1109/TCYB.2020.2978216 * |
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